工程制图CAD教学中学生立体思维能力的培养

摘 要：通过立体思维形成的过程和特征，介绍了在工程制图与CAD教学中对学生立体思维能力培养的引导，利用计算机软件CAD功能，辅助立体思维想象，帮助学生完成由二维与三维的互相转换。在“看、想、绘、用”的教学、实训等环节中加强学生的思维感悟，促进创新能力的提高。

关键词：三维空间；CAD；图形语言

作者简介：姚桂玲（1963-），女，湖北第二师范学院副教授，研究方向为教学管理与计算机辅助设计CAD/CAM教学。

课题项目：本文系湖北省教学研究课题（编号：2008323）的系列研究成果之一。

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1001-7518（2011）35-0065-02

工程制图是一门表达图形设计思想的一门学科。工程图又是工程技术人员表达设计理念、技术交流的沟通、指导生产工艺加工和检验产品质量的重要技术文件。绘制和阅读工程图纸、图解空间几何问题是机械类专业的学生应该具有的能力，而对于初学工程制图的学生来说，对图形的表达和理解,及对立体几何形体的和平面工程图的绘制则存在一定的困难。

一、学生思维形成的激励与引导

工程制图与计算机绘图CAD是学生进人大学后遇到的第一门，有一定难度的技术基础课,他们刚走入大学,无论是学习形式和学习方法,以及他们学习中的思维方法,与中学都有较大的差异,他们主动学习与自主学习的能力较差，更多地习惯于中学学习中的灌输式被动学习形式,参与教学过程的意识不强。这就需要教师在工程制图的教学进行中,根据课程特点,在讲授、训练和实践中加以引导和鼓励。特别是课堂教学过程中,宽松、活跃的气氛；实训中动手、动脑的创新兴趣,对掌握知识都很有帮助，给他们更多的思维时间、想象空间和实践活动,提高他们的学习兴趣,激发其思维,帮助他们尽快克服学习过程中的困难，适应新的学习环境,在教学活动中,良好学习习惯,可帮助学生从学习的过程和结论中得到成功的乐趣,继而培养其创新思维能力；还可采用多媒体教学及演示三维CAD软件,也会取得较佳的教学效果。教师可以组合教学内容,安排适当的教学进度。尝试让学生用组合实体的方法自制实体模型,让学生在分析形体、理解形体的构成中、培养空间思维能力。在激发学生的学习兴趣的同时,培养他们的创新意识。

二、工程制图教学中学生立体思维能力的培养

立体思维的特征是辅以立体材料建模,增加其直观性和具体性。立体思维的的培养过程，是通过教学中，由实体的各角度的观察，到草图的测绘,从而提高学生的识图和画图能力,而“观察、联想、测绘、使用”的整个训练可帮助学生立体思维能力的形成。它是一个由具体至抽象的循环综合思维过程。对学生立体思维的培养,在教学中我们可运用抽象思维、联想、类比、创新等多种教法,使学生立体思维能力在学习习惯的形成中得到锻炼和提高。那么教学的第一个环节就是要丰富学生头脑中的各种图形。第二个环节是要教会学生如何将已有的图形，结合组合后各形体各方位的投影建立新的关系链接。

（一）建立观察的习惯是形成思维的基础。在计算机工程绘图CAD教学中，学生认识的感知阶段，主要有三个方面:一是示教板的直观演示，通过观察、对比挂图、可拆模型、实体图形的丰富；二是多媒体模型演示图像。如工程制图组合体的形成、截交线相贯线，主视图相同但俯视图的不同等复杂情况，利用PRO/E及3DMAX等软件制成三维动画，展示各角度的观察效果。直观的图像文字、色彩鲜艳的动画，形象生动呈现物体动态变化的过程。在头脑中留下清晰和鲜明的表象，因而能加深学生对客观事物的对比感知；三是实践生产中观摩设备的过程。工程制图与机械零件设计、机械制造加工工艺等有密切关系的课程,它所涉及的知识面较广,其专业实践性较强，让学生到工厂去参观,通过学生实地观察，了解整个加工过程,丰富学生的感性知识。

如果没有多方面的观察和日常表象的积累, 在头脑中思维时没有十分丰富的被加工的材料,形成思维基础即感知，学生就很难理解工程制图课文中所表述的内容。所以加强空间表象记忆的训练是工程制图教学过程中，提高教学质量及学习效率的重要手段。

（二）再造想象是立体思维的翅膀。想象是应用已形成的印象进行形象组合的过程。形象组合必须靠印象来丰富，印象存储越多，想象力的水平就越高。印象重组是认识的理性阶段。

在教学中多使用实例教学，让学生先接触较简单的基本形体，通过各种基本体的立体形状产生深刻的印象后，引导学生观察“平面(视图)—立体(实物)”,结合点、线、面的投影,判定其空间位置、形状的练习来完成;再深入理解“长对正、高平齐、宽相等“，这些贯穿始终的法则。在训练学生想象能力的过程中,要重视通过这个过程归纳出“实体与图形”之间的投影关系、掌握他们的对应关系幷总结之间有规律的东西。在简单体、组合体的三视图教学中,可通过找对应的主、俯、侧视图；补其对应的视图；补画图中漏线的训练来实现。在零件图、装配图教学中,利用实体与图形的关系，在学生观察实物的外,还应把实物与对应图中的尺寸标注、比例、各种技术要求等符号进行链接，建立起各种符号和实物联系的交汇,并通过他们之间的联系来理解其表示的含义。

在各部分内容的教學中，可归纳出学生简单易记的顺口语，增加学生的想象。如在剖视图教学中,通过对各种剖视图的分析,归纳出:“剖视图有剖面线,全剖的是整件;半剖中隔点划线,内外形状互相见;局部剖有波浪线,表示剖切的界限,旋转、阶梯、斜剖视,可从标注来分辨。”很形象的描述了各种剖视图的特征及识别方法。对于图形轮廓的建立，及各点、线、面的投影仅靠二维或静态实体只能给学生一个初浅的认识，要提高学生的立体投影的感悟，要借鉴于计算机辅助软件CAD、（PRO/E）功能，建立立体思维想象，帮助学生完成由二维到三维的互相转换。在教学过程中通过演示变化，使那些复杂知识变得简明易懂。

例如，如图1所示，通过给出的主、俯视图画出左视图。如果缺乏足够的想象能力，其第三视图的绘制就较困难，如给出CAD的三视图后，其各方位的投影轮廓就可辅助想象的思维。利于学生从立体图向平面图的过渡。

有些学生因在绘图时，如果只看一个投影往往不能直接判断其他的投影形状。在图2中，其俯视图相同，但主视图的投影就可能不一样，缺乏足够的立体感。可通过CAD绘图软件显示效果，对可能还有的投影情况拓展学生的想象。绘图软件还能调整观察点，从不同的角度去观察模型，也就是说，用电脑画好一个物体后，就可自动生成任意张从不同角度去观察这个物体的轴测图，它能很好地训练学生看轴测图。提高学习兴趣,适应实际工作的需要。

（三）注重实训操作训练，提高图形语言思维和空间想象能力。学生空间表达能力的过程，是通过所学的制图知识、综合思维后绘制在图纸上。不仅仅说具有了一定的知识,就具备了足够的能力,空间表达能力是一个实践中积累的过程。在教学过程中,教师通过组织教学，有计划和目的地多安排练习课，教师提出问题，引导学生对出现的不同问题开展讨论,充分发挥他们自己的想象力和创造力。再让学生进行实际绘图练习,在绘图中发现问题,提出问题,最后解决问题,通过经常不断地实操训练,这样不仅使学生巩固知识,还可培养学生的创造能力。如零件实测绘图练习就是学生实践教学的一个重要环节。开放实测绘图室，通过多次的大型的作业，锻炼学生所学理论知识转化为技能、技巧。实训是技能形成的途径。如对照三视图画轴测图是连接平面和立体的重要练习。利用CAD的绘图软件，可以提高学生的学习兴趣，加速学生的空间想象力发展，克服学生的厌学情绪，而且还能结合计算机辅助设计的技能等级考证及大学生的机械创新设计大赛等活动，让学生能尽快适应企业生产需要。

三．空间思维能力是创新能力的体现

空间思维能力的发掘是提高应用能力的过程。在工程制图CAD教学中,培养学生立体思维“用”的能力,开设测绘实训是最有效的途径和方法。在测绘实训中,通过测量零件或部件的尺寸,了解结构,绘制工程草图,准确地图示零件的大小、结构形状或部件的组成关系及连接方式。其意义在于:其一学生的通过的实习实训；让学生运用所学知识解决实际问题；学会测绘,掌握要领和方法,不仅是一种实际应用能力的锻炼,而且通过典型零部件的测绘,熟悉机器的构造,也为学习后续专业课奠定了基础，使其具备工程技术人员的的基本应用能力。其二有利于学生创造性思维的培养。了解测绘实体到绘图再到表达图形有多种不同的方案,而那种最简明清晰,这是扩散思维到集中思维的过程。而测绘实体的更换则是训练扩展思维,运用图学知识完成图形表达。创造性思维训练是多种培养方式的综合。其三是通过学生操作测绘工具，在测绘中通过使用测量工具,探求测量技巧,构思图形的能力均得到了培养和提高。

总之，在教学中提高识图和绘图的能力，通过观察（看）、联想（想）、测绘（绘）、使用（用）的训练,不仅发展了学生的立体思维,带动了学生创造性思维和多种能力的发展和提高。同时有利于学生尽快适应实际工作中。

CAD绘图及立体思维能力是创新培养的关键环节，也为后续的CAE、CAM等现代设计制造技术课程的学习奠定了良好的基础，促进学生在课程设计、毕业设计、各种创新大赛中得到进一步的发挥。

参考文献：

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[2]杨春鼎.形象思维学[M].北京:中国科学技术大学出版社,1997.

[3]石腊梅.论计算机绘图教学方法的创新[J].中国成人教育，2007（6）.

责任编辑 颜小兵